CN102655387B - 用于控制高度可调的家具设备中的电机的运转的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制高度可调的家具设备中的电机的运转的方法,其中电机(20)的运转在高度可调的家具设备中提供了高度调节功能。所述方法包括以下步骤:通过连接到电机的电源单元提供包括输入电流和输入电压的输入功率,将输入电流和输入电压转换成供应给电机的电机供应电流和电机供应电压,测量电机上的负载,以及当所测量的负载需要高于输入电流的电流以提供高度调节功能时,设置电机供应电流水平和/或电机供应电压水平,使得电机供应电流高于输入电流并且电机供应电压低于输入电压。
Description
技术领域
本公开内容涉及控制高度可调的家具设备中的电机的方法,以及这样的高度可调的家具设备。
背景
高度可调工作台支架可包括一个或多个伸缩柱,伸缩柱可以伸长或收缩以升高或降低布置在工作台支架上的工作台面。工作台支架还可包括线性传动装置和电机,线性传动装置提供柱的构成部件的伸缩运动,以及电机适合于驱动线性传动装置使得电机的旋转运动转换成线性传动装置的线性运动。由此,电机提供高度可调工作台支架的高度调节功能。电机需要电源单元。电源单元可连接到电力干线。
重工作台或有重负载的工作台可能需要昂贵的设备来为电机供电。总是有必要提供更加成本有效的高度可调工作台的制造。
因此,需要一种以成本有效的方式向高度可调工作台设备中的电机供电的方法。
概述
本发明的目的是提供一种用于给高度可调的家具设备中的电机供电的成本有效的方案。
本发明是基于以下知识:当工作台面重或工作台面有重负载时,需要来自电机的高功率以驱动线性传动装置使得工作台面移动。另一方面,当工作台面较轻或有较轻负载时,对于电机而言不需要相同的高功率来移动工作台面。因此,需要针对重工作台面或有重负载的工作台面来改变电机以及为电机供电的电源的尺寸。由此,对于大多数用例,电机和电源是超尺寸的。
根据本发明的第一方面,提供了一种用于控制高度可调的家具设备中的电机的运转的方法,其中所述电机的运转在所述高度可调的家具设备中提供了高度调节功能。所述方法包括以下步骤:通过连接到电机的电源单元提供包括输入电流和输入电压的输入功率;将输入电流和输入电压转换成供应给电机的电机供应电流和电机供应电压;测量电机上的负载;以及当所测量的负载需要高于输入电流的电流以提供高度调节功能时,设置电机供应电流水平和/或电机供应电压水平,使得电机供应电流高于输入电流并且电机供应电压低于输入电压。
通过使得将电机供应电流设置成高于来自电源单元的电流的值成为可能,对于相同类型的电源单元,可以实现较高的转矩,进而实现较高的升力。因此,相比于电源单元直接驱动电机的情况,使用更小的进而更便宜的电源单元来升起具有一定负载的工作台面将是有可能的。由此,实现了用于给高度可调的家具设备中的电机供电的更加成本有效的方案。为了能够使电机供应电流增加超过输入电流水平,需要降低电机供应电压。由此,要调节的可调的家具的部件,例如工作台面,比用较高的电机供应电压驱动时移动得更慢。另一方面,升起较重的工作台面是有可能的。
当电机具有高负载时,可以设置电机供应电流和电机供应电压以增加电机中的转矩和升力。当达到最大转矩时,电机可以有效地带动高负载运转。这样做,可以有效地利用可用功率来处理这样的高负载。当电机上的负载增加时,电机可能需要更大的电机供应电流来保持以高转矩或最大转矩运转。当电机供应电流增加时,可能需要降低电机供应电压,使得不超出最大的可用功率水平。当电机供应电压降低时,电机的速度可能降低。当电机的速度降低时,家具的高度调节的速度可能降低。可以增加和降低电机供应电流和电机供应电压使得有效地利用最大的可用功率。
在一种实施方式中,测量电机上的负载的步骤可通过测量电机为提供高度调节功能所需要的电机供应电流来实现,以及其中,设置的步骤可通过计算为实现所测量的电机供应电流水平所必须的电机供应电压水平并将电机供应电压设置成所计算的电机供应电压水平来实现。
通过测量电机上的负载,可以检测电机需要的电流中的任何变化。作为对所检测到的在电机上的负载的响应,可以设置电机供应电压。通过作为对在电机上所检测到的负载的响应来设置电机供应电压,可以避免超出最大的可用功率水平。
在另外的实施方式中,设置电机供应电压的步骤可包括将所计算的电机供应电压水平与预定的最小电机供应电压水平进行比较,以及仅在所计算的水平超过预定的最小水平时,才将电机供应电压设置成所计算的水平。
预定的最小电机供应电压水平可以对应电机运转所需要的最小电压水平。通过使用预定的最小电机供应电压水平,可以避免将电机供应电压设置成对电机运转来说非常低的水平。非常低的电机供应电压可以提供非常慢的电机运转,这种电机运转对用户来说可能是没有用的,或者可能损坏电机。
在另一实施方式中,可以设置电机供应电流水平和电机供应电压水平使得不超出输入功率。
通过确保不超出输入功率,即最大的可用功率水平,可以用有效的方式利用来自电源单元的输入功率。
在一种实施方式中,所述方法还可包括以下步骤:测量输入电流和输入电压;以及基于所测量的由电源单元提供的输入电流和输入电压来计算输入功率。
由于来自电源单元的输入电流和输入电压可以改变,因此有利的是,测量这些值以便能够使用与来自电源单元的当前可用电功率相匹配的电机供应电流和电机供应电压的值。当前可用电功率可以是最大的可用功率水平。电容可进一步用于平稳由电源单元提供的输入电压。
在另一实施方式中,电机供应电压和电机供应电流可作为脉宽调制信号提供给电机,并且其中可以通过改变脉宽调制信号的宽度来设置电机供应电压水平。
通过改变脉宽调制信号的宽度可能容易地将电机供应电压调节到所要求的水平。对脉宽调制信号的控制使得电机供应电流能够大于输入电流。电机中的电感可用于从脉宽调制信号提供给电机更加平稳的电流。可选地,电阻性负载可用于增加电机供应电流。脉宽调制信号中的脉冲的频率可以高于人耳可听见范围中的频率,从而不会提供对用户来说恼人的声音。
在又一实施方式中,在所测量的负载需要可低于输入电流的电机供应电流水平的第一状态下时,电机供应电流和电机供应电压向电机提供可小于输入功率水平的功率,并且在所测量的负载需要可等于或高于输入电流的电机供应电流水平的第二状态下时,电机供应电流和电机供应电压向电机提供可实质上等于输入功率水平的功率。
由此,当达到最大的有效功率水平时,电机上所增加的负载可导致电机供应电流水平和电机供应电压水平可被设置成使得电机中的转矩最大化,而没有超出最大的有效功率水平。
根据本发明的第二方面,提供了一种高度可调的家具设备,其包括:电源单元,该电源单元提供输入电流和输入电压,所述输入电流和输入电压为高度可调的家具设备设置输入功率水平;至少一个电机,该电机适合于在高度可调的家具设备中提供高度调节功能;以及,控制装置,其适合于从电源单元接收输入电流和输入电压,并且将输入电流转换成电机供应电流以及将输入电压转换成电机供应电压,其中电机供应电流和电机供应电压被供应给所述至少一个电机。控制装置适合于测量电机上的负载,以及当所测量的负载需要高于输入电流的电机供应电流以提供高度调节功能时,设置电机供应电流水平和/或电机供应电压水平,使得电机供应电流高于输入电流并且电机供应电压低于输入电压。
当电机上的负载增加时,电机可能需要更大的电机供应电流来保持以高转矩或最大转矩运转。那么可以设置电机供应电流使得它高于输入电流。当电机供应电流增加时,可能需要降低电机供应电压,使得不超出最大的可用功率水平。使用可能大于输入电流的电机供应电流,可以由电机提供更大的升力。当电机供应电压降低时,电机的速度可能降低。当电机的速度降低时,家具的高度调节的速度可能降低。可以增加和降低电机供应电流和电机供应电压使得总是有效地利用最大的可用功率。由此相比于现有技术方案,可以使用具有较小电源容量的电源单元。使用低容量电源,可以实现成本有效的高度可调的家具设备。
在一种实施方式中,控制装置可适合于设置电机供应电流和电机供应电压使得不超出输入功率水平。
不可超出最大的可用功率水平。然而,可以通过控制装置来设置电机供应电流水平和电机供应电压水平,使得电机供应功率(电机供应电流*电机供应电压)永远不会超出来自电源单元的最大的可用功率水平,但电机供应电流和电机供应电压之间的分配可以变化。由此,当第一次达到最大的可用功率水平时,控制装置可将电流和电压分配给电机使得电机可以带动甚至更大的负载运转,在电机中提供高转矩。为了使该非常高的负载运转可用,可以降低电机供应电压。
根据本发明的第三方面,提供了一种高度可调的家具设备,其包括:电源单元,该电源单元提供输入电流和输入电压,所述输入电流和输入电压为高度可调的家具设备设置输入功率水平;至少一个电机,该电机适合于在高度可调的家具设备中提供高度调节功能;以及,控制装置,该控制装置适合于从电源单元接收输入电流和输入电压,并且将电机供应电流和电机供应电压供应给所述至少一个电机。控制装置还包括转换单元、测量单元和稳压器单元,其中转换单元用于将输入电流和输入电压转换成供应给电机的电机供应电流和电机供应电压,测量单元用于测量电机上的负载,以及稳压器单元被布置用于当所测量的负载需要高于输入电流的电机供应电流以提供高度调节功能时,设置电机供应电流水平和/或电机供应电压水平,使得电机供应电流高于输入电流并且电机供应电压低于输入电压,稳压器单元还被布置用于向转换单元提供电机供应电压和电机供应电流的设定值。
可以在控制装置中提供所有的电子电路。控制装置可连接到电源单元并连接到电机。由此,来自电源单元的输入电流和输入电压可以由控制装置转换成用于电机的电流和电压。
附图的简要描述
以下将参考附图更详细地描述本发明,其中:
图1示出了根据本发明的一实施方式的控制装置的示意方框图。
图2示出了根据本发明的一实施方式的控制装置的示意方框图。
图3示出了根据本发明的一实施方式的方法的示意流程图。
图4示出了根据本发明的一实施方式的高度可调的工作台设备的透视图。
图5示出了根据本发明的一实施方式的高度可调的工作台设备的透视图。
实施方式的描述
以下将参考附图更充分地描述本发明,在附图中示出了本发明的优选实施方式。然而,可以用许多不同的形式实现本发明并且不应该将本发明解释为受限于本文所阐述的实施方式;相反,提供这些实施方式使得本公开内容将是详尽且完整的,并且将向本领域中的技术人员充分表达本发明的范围。在附图中,相似的数字指相似的元件。
图1示出了高度可调的家具设备的示意方框图,其包括控制装置100、电源单元10和电机20。电源单元10通过控制装置100向电机20提供功率。控制装置100包括检测来自电源单元10的输入电流和输入电压的计算单元110。计算单元110基于输入电流和输入电压计算最大的可用功率水平。所计算的最大可用功率水平被提供给稳压器单元120。
控制装置100还包括从电源单元10接收输入电流和输入电压的转换单元130。转换单元130将输入电压和输入电流转换成电机电流和电机电压,并通过测量单元140将电机电流和电机电压供应给电机20。测量单元140测量由转换单元130供应的电机电流水平以及可能还有电机电压水平。所测量的值提供关于电机20上的负载的信息。特别地,电机电流水平可以是电机20上的负载的量度。由测量单元140测量的水平反馈到稳压器单元120。稳压器单元120基于从计算单元110接收的所计算的最大可用功率水平并基于从测量单元140接收的所测量的电机20上的负载来计算必要的电机电流水平和电机电压水平。稳压器单元120将所计算的电机电流水平和电机电压水平提供给转换单元130,通过将输入电流和输入电压转换成所计算的电机电流水平和所计算的电机电压水平,该转换单元130基于从稳压器单元120接收的信息来控制电机电流水平和电机电压水平。转换单元130控制电机电流和电机电压使得不超出最大的可用功率水平。
由于电机20上的高负载,电机电流增加。当所测量的负载需要高于输入电流的电机电流以提供高度调节功能时,由稳压器单元120设置电机供应电流水平和电机供应电压水平使得电机供应电流变得高于输入电流并且电机供应电压变得低于输入电压。
由此,由电机20实现了高转矩并因此实现了高升力,使得电机20设法升起要被升起的高度可调的家具的部件。所实现的转矩和升力于是高于如果电源单元直接连接到电机所实现的升力。例如,如果输入电压是30V且输入电流是5A,而电机上的负载需要6A,那么控制装置100将电机电流增加到6A并将电机电压降低到25V。
因而,由于电机的速度与电机电压成比例,当电机电流增加而电机电压降低时,电机的速度以及因此要被移动的高度可调的家具件的速度将移动得更慢。
图2示出本发明的可选实施方式,其中控制装置100向两个电机20、30供应电机电流和电机电压。供给第一电机20的电流和电压由第一测量单元140测量,供给第二电机30的电流和电压由第二测量单元141测量。来自测量单元140、141两者的测量值被提供给稳压器单元120。基于来自测量单元140、141的测量值和所计算的最大的可用功率水平来控制通过转换单元130供给电机20、30的电机电流和电机电压。
举例来说,电源单元可以提供功率使得由计算单元110计算的最大的可用功率水平为150W,以电流为5A和电压为30V传送。有重负载的工作台面可以由电机20、30来升起,在每个电机中需要提供6A以达到最大转矩。对电机20、30可需要最大转矩以便能够升起工作台面。每一电机20、30需要6A,结果总计为12A。这一总电流大于5A的输入电流。于是转换单元可将每个电机20、30的电机电压降低到12.5V。由此,由电机20、30使用的总功率为2*6*12.5=150W。用这种方式,即使在电机20、30上的高负载需要高于5A的总电流期间,仅提供5A的电源单元可用作两个电机的电源。
在一种实施方式中,如果工作台面负载不均衡,第一电机20上的负载可能不同于第二电机30上的负载。如果第一电机20上的负载高于第二电机30上的负载,则第一电机20将被提供比第二电机30更大的电机电流。在某些情况下,第一电机20可接收提供给两个电机20、30的电机电流的实质上的大部分。可以设置提供给两个电机20、30的电机电压,使得电机20、30仍然以相同的速度运转,甚至使得第一电机20接收比第二电机30更多的电机电流。提供给两个电机20、30的总功率仍然不会超出最大的可用功率水平。
图3示出控制电机20的方法200的流程图。步骤202包括提供输入电流和输入电压。输入电流和输入电压由电源单元提供。下一步骤204包括测量输入电流和输入电压。由于输入电流和电压可随时间改变,因此它们可被测量来确立当前值。步骤206包括基于所测量的输入电流和输入电压来计算最大的可用功率水平。由此,计算当前的输入功率并确立可用于电机20的功率。步骤204和206是可选的。
步骤208包括将输入电流转换成电机电流以及将输入电压转换成电机电压。电机电流和电机电压适合于给电机20供电。步骤210包括测量电机20上的负载。所测量的负载值被反馈给稳压器,稳压器执行步骤212,即设置电机电流水平和电机电压水平使得电机电流可大于输入电流。该方法200允许有效利用来自电源单元的可用功率。电机20中的转矩可以升高到较高水平而不超出来自电源单元的最大的可用功率水平。
图4示出了包括电机20的高度可调的工作台1,电机20适合于驱动第一伸缩柱2a中的线性传动装置(未示出)以调节工作台面3的高度。第二伸缩柱2b中的线性传动装置可由相同的电机通过机械传动(未示出)驱动。工作台1还包括电源单元10,电源单元10适合于通过电源连接器11连接到干线。电源单元10通过电源插座11连接到干线。电源单元10包括转换器,该转换器用于将干线电压转换成适合用于高度可调的家具设备1的电压。电源单元10还包括整流单元,该整流单元用于将来自干线的输入交流(AC)转换成适合用于高度可调的家具设备1的直流(DC)。
经转换的电压和DC电流被提供给控制装置100。电源单元10连接到控制装置100。控制装置100被提供了用于控制电机20的运转的两个按钮101、102。一个按钮101被操作用于升高工作台面3,另一个按钮102被操作用于降低工作台面3。控制装置100连接到电机20用于向电机20供应电机电流和电机电压。
图5示出了具有两个电机的高度可调工作台1,第一电机适合于控制第一伸缩柱2a中的线性传动装置(未示出),以及第二电机30适合于控制第二伸缩柱2b中的线性传动装置(未示出)。电机20、30都连接到控制装置100,该控制装置100向两个电机20、30供应电机电流和电机电压。
在一实施方式中,用于电机20的功率控制的所有电子电路都设置在控制装置100中。通过将对工作台支架进行功率控制的所有的电子电路设置在控制装置100中,而不是在电源单元中具有功率控制电子器件,可以使用标准的电源单元10。相比于包括用于工作台支架的控制电子器件的专门适用的电源单元,标准的电源单元10可提供更加成本有效的高度可调的家具设备1的制造。标准电源10连接到控制装置100用于向控制装置100提供输入功率。控制装置100可适合于接收不同水平的输入功率,即控制装置100可适合于用具有不同大小的电源单元运作。例如,可以关于一定的电源单元大小对控制装置100编程。由此,高度可调的家具设备1中的高度调节功能可以取决于所使用的电源单元以及控制装置100是如何编程的。
提供了用于给高度可调的家具设备中的电机供电的电源控制系统,其中所述系统包括电源单元和控制装置,其中电源单元适合于通过控制装置为电机提供输入功率,并且其中控制装置包括用于控制到电机的功率的所有的功率控制电路。由此,电源单元仅包括用于为电机传送DC电力的部件,且控制装置包括对用于控制到电机的功率所必需的所有电路。这提供了使用可以导致成本有效的布置的标准电源单元的可能性。
提供了用于给高度可调的家具设备中的电机供电的电源控制系统,其中所述系统包括电源单元和控制装置,其中电源连接到控制装置,并且其中电源单元适合于通过控制装置为电机提供输入功率,并且其中控制装置包括用于控制到电机的功率的功率控制设备,并且其中电源单元被布置用于传送预定的电流和电压并且没有用于控制到电机的功率的功率控制设备。
在一种实施方式中,电源单元可包括转换单元和整流单元。电源单元还可适合于连接到干线。控制装置可适合于向电机供应电机供应电流和电机供应电压,以及控制电机供应电流水平和电机供应电压水平。
在附图和说明书中,已经公开了本发明的优选实施方式和示例,虽然采用了特定术语,但它们仅用于通用和描述意义而不是为了限制目的,在以下的权利要求中阐述了本发明的范围。
Claims (10)
1.一种用于控制高度可调的家具设备(1)中的电机(20)的运转的方法,其中所述电机的运转在所述高度可调的家具设备中提供了高度调节功能,所述方法包括以下步骤:
通过连接到所述电机(20)的电源单元(10)提供包括输入电流和输入电压的输入功率;
测量所述输入电流和所述输入电压,
将所测量的所述输入电流和所测量的所述输入电压转换成供应给所述电机(20)的电机供应电流和电机供应电压,
通过测量所述电机为提供所述高度调节功能所需的电机供应电流水平来测量所述电机上的负载,以及
当所测量的负载需要高于所测量的所述输入电流的电机供应电流以提供所述高度调节功能时,转换所述电机供应电流的水平和所述电机供应电压的水平,使得所述电机供应电流高于所测量的所述输入电流并且所述电机供应电压低于所测量的所述输入电压,使得所述输入功率不被超出,其中转换所述电机供应电流的水平和所述电机供应电压的水平的步骤包括计算对实现所测量的电机供应电流水平所必需的电机供应电压水平并将所述电机供应电压转换成所计算的电机供应电压水平的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法,其中转换所述电机供应电压的步骤包括将所计算的电机供应电压水平与预定的最小电机供应电压水平进行比较,以及仅在所计算的电机供应电压水平超过所述预定的最小电机供应电压水平时才将所述电机供应电压转换成所计算的电机供应电压水平。
3.根据权利要求1或2所述的方法,还包括以下步骤:
基于由所述电源单元(10)提供的所测量的输入电流和输入电压来计算所述输入功率。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述电机供应电压和所述电机供应电流作为脉宽调制信号提供给所述电机,并且其中通过改变所述脉宽调制信号的宽度来设置所述电机供应电压的水平。
5.根据权利要求3所述的方法,其中所述电机供应电压和所述电机供应电流作为脉宽调制信号提供给所述电机,并且其中通过改变所述脉宽调制信号的宽度来设置所述电机供应电压的水平。
6.根据权利要求1或2或5所述的方法,其中在所测量的负载需要低于所述输入电流的电机供应电流水平的第一状态下时,所述电机供应电流和所述电机供应电压向所述电机(20)提供小于所述输入功率的水平的功率,并且在所测量的负载需要等于或高于所述输入电流的电机供应电流水平的第二状态下时,所述电机供应电流和所述电机供应电压向所述电机提供实质上等于所述输入功率的水平的功率。
7.根据权利要求3所述的方法,其中在所测量的负载需要低于所述输入电流的电机供应电流水平的第一状态下时,所述电机供应电流和所述电机供应电压向所述电机(20)提供小于所述输入功率的水平的功率,并且在所测量的负载需要等于或高于所述输入电流的电机供应电流水平的第二状态下时,所述电机供应电流和所述电机供应电压向所述电机提供实质上等于所述输入功率的水平的功率。
8.根据权利要求4所述的方法,其中在所测量的负载需要低于所述输入电流的电机供应电流水平的第一状态下时,所述电机供应电流和所述电机供应电压向所述电机(20)提供小于所述输入功率的水平的功率,并且在所测量的负载需要等于或高于所述输入电流的电机供应电流水平的第二状态下时,所述电机供应电流和所述电机供应电压向所述电机提供实质上等于所述输入功率的水平的功率。
9.一种高度可调的家具设备(1),包括:
电源单元(10),所述电源单元提供输入电流和输入电压,所述输入电流和所述输入电压为所述高度可调的家具设备设置输入功率的水平,
至少一个电机(20、30),所述至少一个电机适合于在所述高度可调的家具设备中提供高度调节功能,以及
控制装置(100),所述控制装置适合于从所述电源单元接收所述输入电流和所述输入电压,测量所述输入电流和所述输入电压,并且将所测量的所述输入电流转换成电机供应电流以及将所测量的所述输入电压转换成电机供应电压,其中所述电机供应电流和所述电机供应电压被供应给所述至少一个电机(20、30),
其特征在于,所述控制装置适合于
通过测量所述电机为提供所述高度调节功能所需的电机供应电流水平来测量所述电机上的负载,以及
当所测量的负载需要高于所述输入电流的电机供应电流以提供所述高度调节功能时,转换所述电机供应电流的水平和所述电机供应电压的水平,使得所述电机供应电流高于所述输入电流并且所述电机供应电压低于所述输入电压,使得所述输入功率不被超出,其中转换所述电机供应电流的水平和所述电机供应电压的水平包括计算对实现所测量的电机供应电流水平所必需的电机供应电压水平并将所述电机供应电压转换成所计算的电机供应电压水平。
10.一种高度可调的家具设备(1),包括:
电源单元(10),所述电源单元提供输入电流和输入电压,所述输入电流和所述输入电压为所述高度可调的家具设备设置输入功率的水平,
至少一个电机(20、30),所述至少一个电机适合于在所述高度可调的家具设备中提供高度调节功能,以及
控制装置(100),所述控制装置适合于从所述电源单元接收所述输入电流和所述输入电压,测量所述输入电流和所述输入电压,以及将电机供应电流和电机供应电压供应给所述至少一个电机(20、30),
其特征在于,所述控制装置还包括:
转换单元(130),所述转换单元用于将所测量的所述输入电流和所测量的所述输入电压转换成供应给所述电机(20)的所述电机供应电流和所述电机供应电压,
测量单元(140),所述测量单元用于通过测量所述电机为提供所述高度调节功能所需的电机供应电流水平来测量所述电机上的负载,以及
稳压器单元(120),所述稳压器单元被布置用于当所测量的负载需要高于所述输入电流的电机供应电流以提供所述高度调节功能时,设置所述电机供应电流的水平和所述电机供应电压的水平,使得所述电机供应电流高于所述输入电流并且所述电机供应电压低于所述输入电压,使得所述输入功率不被超出,其中设置所述电机供应电流的水平和所述电机供应电压的水平包括计算对实现所测量的电机供应电流水平所必需的电机供应电压水平并将所述电机供应电压设置成所计算的电机供应电压水平,
所述稳压器单元还被布置用于向所述转换单元提供所述电机供应电压和所述电机供应电流的设定值。
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